[发明专利]N;N-二烷基吡咯烷溴盐离子液体制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种N,N‑二烷基吡咯烷溴盐离子液体制备方法及其应用，该方法以N‑烷基四氢吡咯和烷基醇为原料通过电解方式实现，在电解槽中设置有阳离子交换膜，阳离子交换膜将电解槽分成阴极室与阳极室，完成电解后取出阴极电解液，分离纯化，得到N,N‑二烷基吡咯烷类溴盐离子液体，该制备方法工艺简单，条件温和，纯度和收率较高。将N,N‑二烷基吡咯烷溴盐离子液体作为溶剂，以氯甲基吡啶的盐酸盐和氨水为原料，合成三吡啶甲基胺类化合物，该制备方法产率和纯度高，无需后续分离，成本低，绿色环保，离子液体可以反复循环使用，适合于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种吡咯烷类溴盐离子液体的制备方法及其应用,具体是一种N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体。

背景技术

离子液体(ionic liquid)，是一种由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的室温熔融盐，具有宽液程、低蒸汽压、热及化学稳定性高、理化性质可调、电化学窗口宽、良好离子导电性、环境友好等特殊性质。离子液体作为绿色溶剂已广泛应用于化工、功能材料、催化、能源环境、生命科学等诸多领域，也表现出在其他应用领域发展的潜力与前景。传统离子液体的合成方法一般是使用卤代烃与叔胺反应生成季胺卤化物，由于卤代烃反应活性较高，该方法往往存在着需要大量使用有机溶剂、杂质离子难于去除、生产成本较高等缺点，严重制约了离子液体的规模化生产。因此，寻找一种快捷、高效制备离子液体的方法具有非常重要的实际意义，将大大推动离子液体的产业化进程。

近年来，由于电解槽结构和隔膜材料不断改进，特别是离子交换膜的开发和利用，显著地提高了电流效率和离子液体的收率，电解槽效率大幅度提高，因此利用电解技术制备离子液体的方法也得到了越来越多的关注，特别是由于电解法制备离子液体具有条件温和、成本较低、绿色环保等其他工艺路线所无法比拟的优点，已成为各国竞相开发的热点。

由于并不是任何种类的离子液体都可以适用于电解方法生产的，因此如何进一步扩大电解法制备的离子液体种类是目前我们所面临的最大挑战。

发明内容

基于目前存在的问题，本发明提出了一种N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体的制备方法，其制备简单，条件温和，纯度和收率较高，适合大规模工业化生产。N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体如式(I)

其中R1、R2可以相同或不同，选自C1-20直链或支链烷基，优选C1-6烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基、己基、2-己基等

本发明提出的N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体的制备方法，以N-烷基四氢吡咯和烷基醇为原料通过电解方式实现，在电解槽中设置有阳离子交换膜，通过电解反应然后离子交换从而生成N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体，阳离子交换膜将电解槽分成阴极室与阳极室，采用PtO₂为阳极，石墨为阴极，将浓度为5-8mol/L的乙二醇水溶液加入电解槽阳极室中作为阳极电解液，将含量为2-5wt％的KBr的乙腈水混合溶液加入电解槽阴极室中作为阴极电解液，在电解温度为室温至50℃，电流密度为1-3A/dm²的条件下恒电流电解0.5-2h，完成电解后取出阴极电解液，分离纯化，得到N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体。

其中R1和R2如式(I)所定义。

本发明所述制备方法中，R₂OH烷基醇作为原料在阳极室中失电子，然后发生亲核反应生成吡咯烷季胺阳离子，在电场作用，吡咯烷季胺阳离子穿过阳离子交换膜，在阴极室与Br离子结合生成N,N-二烷基吡咯烷类溴盐离子液体。

优选地，阳离子交换膜为Nafion阳离子交换膜，优选为Nafion 902阳离子交换膜。